【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定零件的裝卸。針對(duì)數(shù)控車床自動(dòng)裝卸機(jī)械手的研究相對(duì)較少。本課題著眼于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)裝卸的機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 從國(guó)內(nèi)外所有機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，在現(xiàn)階段，對(duì)機(jī)械手的研究和開發(fā)已趨于高潮，機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀與 動(dòng)態(tài)，可以總結(jié)為 :第一，模塊化與可重構(gòu)化是現(xiàn)階段機(jī)械架構(gòu)發(fā)展的主要?jiǎng)酉?。其二， PC 機(jī)的開放型控制器是機(jī)械手體系發(fā)展的一個(gè)主要方向，其目的就是為了完善機(jī)械手，使其逐漸走向網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化 。器件集成度得以強(qiáng)化，架構(gòu)設(shè)計(jì)玲瓏，同時(shí)運(yùn)用過了模塊化架構(gòu) 。在很大程度上強(qiáng)化了機(jī)械手體系的安全性和可靠性，同時(shí)也滿足機(jī)械手在維修和防護(hù)方面的一些便捷性 。第三，傳感器在機(jī)械手中發(fā)揮了十分重要的作用，不僅運(yùn)用了傳統(tǒng)的速度傳感器、位置傳感器等，同時(shí)也引進(jìn) J39。先進(jìn)的視覺傳感器、觸覺傳感器和聽覺傳感器，促使機(jī)械手逐漸向智能化方向發(fā)展和推進(jìn) 。第四 .裝配、焊接等機(jī)械產(chǎn)品逐漸向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及系列化方向推進(jìn)和發(fā)展，及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的仿真等 。 機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展方向 國(guó)內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸角’反饋。目前，世界各界正積極研制帶有“視角”和“觸角”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對(duì)所抓取的工件進(jìn)行分辨，選 IFS 所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器中定位、定向?yàn)槭箼C(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零件，它由視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。為防止握 力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來(lái)，一般采用兩種方法 。一是檢淵把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?:另一種是直接檢測(cè)指部與物件的滑動(dòng)位移來(lái)修正握力。因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能 : 1) 能準(zhǔn)確地抓取方位變化的物體。 2) 能判斷對(duì)象的重量。 3) 能自動(dòng)避開障礙物。 4) 抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來(lái)。 這種具有感知能力并能對(duì)感知的信息做出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替人從事繁重的工作和危險(xiǎn)的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明 顯。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說是很好的。雖然這些工業(yè)部門工第一章 緒論 6 時(shí)不足的問題很尖銳，但采用機(jī)械手只限于小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機(jī)械手工作的范圍很狹小。另外經(jīng)濟(jì)性問題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問題獲得解決，機(jī)被手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。 課題的來(lái)源及研究意義 發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子外圓 要求進(jìn)行粗車和精車。在電機(jī)運(yùn)行過程中，電機(jī)的氣隙通過設(shè)計(jì)的很小（氣隙磁通越小電機(jī)的性能越好），一般不大于 毫米，如果轉(zhuǎn)子或者軸承稍有偏心，輕則使氣隙磁通不均勻而影響電機(jī)的出力大小及其均勻程度，重則使轉(zhuǎn)子與定子的摩擦，使電機(jī)的消耗增加，出力減少，溫度增高，重則不能工作而 燒毀電機(jī)。如果檢測(cè)超出允許范圍，就必須 修理或者更換電機(jī)。 因此上料的時(shí)候，必須保證工件的定位精度，又要確保每次上料的一致性，傳統(tǒng)的人工上料不僅勞動(dòng)強(qiáng)度很大，上料精度也很不好控制。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及 PLC編程技術(shù)的迅速普及，其加工時(shí)間要縮短 到一分鐘以內(nèi)，為適應(yīng)機(jī)床高精度、高效率的加工要求，發(fā)展自動(dòng)上下料已成為必然趨勢(shì)。精車外圓是在數(shù)控車床中進(jìn)行，要求機(jī)床的轉(zhuǎn)速高，使用雙道具進(jìn)行車削。第一遍進(jìn)行粗車，接著進(jìn)行精車，保證其加工精度。因此車削轉(zhuǎn)子外圓的上下料系統(tǒng)要滿足快速性和高精度的雙重特性。 機(jī)械手自動(dòng)上下料系統(tǒng)是機(jī)械手應(yīng)用的一個(gè)重要方面，它的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，可以大大的解放人力資源，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)及加工過程的自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。隨著數(shù)控機(jī)床向高速高精度方向的不斷發(fā)展，利用機(jī)械手代替人工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。在近年來(lái)的國(guó)際機(jī)床 展覽會(huì)上，國(guó)外高檔加工中心與數(shù)控機(jī)床已普遍采用機(jī)器人自動(dòng)上下料裝置，國(guó)內(nèi)機(jī)床廠商也開始關(guān)注和著手進(jìn)行相關(guān)技術(shù)和裝置的研發(fā)，其中，機(jī)床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的快速、高精度和良好的適應(yīng)性成為技術(shù)難點(diǎn)。本課題針對(duì)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)和發(fā)展需要，研究與開發(fā)數(shù)控外圓精車的機(jī)械手自動(dòng)上下料系統(tǒng)，對(duì)促進(jìn)國(guó)產(chǎn)高端制造裝備水平的提高無(wú)疑具有重要的研究與應(yīng)用價(jià)值，使系統(tǒng)的效率明顯的上一個(gè)臺(tái)階。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第二章 機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手方案設(shè)計(jì)原則 機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 在機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)同時(shí)考慮到零件的設(shè)計(jì)要求和工藝要 求。產(chǎn)品的質(zhì)量和成本會(huì)受到工藝要求的影響。一般應(yīng)滿足以下要求 : 1)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)完全保證零件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化和互換性。便于后期的維修更換。 2)零件尺寸基準(zhǔn)選擇要合理規(guī)范，尺寸標(biāo)注之前應(yīng)首先考慮，同時(shí)注意設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)要重合、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)同定位基準(zhǔn)盡量保證重合。 3)在滿足零件設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮到零件制造、加工、裝配的整體工藝路線。 4)零件尺寸精度按照零件功能的要求進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定過低影響產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)過高會(huì)增加成本。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)再考慮到零 件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還要考慮到其材料工藝的選擇。選材要考慮到其零件的使用性、制造過程及成本等幾個(gè)方而，應(yīng)滿足以下要求 : 1)使用性 在機(jī)器零件的設(shè)計(jì)上，通過分析零件工作條件和失效形式，對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行分析，是使用性能的一個(gè)重點(diǎn)。 2)工藝性 通過工藝性能分析，對(duì)加工形式進(jìn)行分析設(shè)定。在滿足使用性能的前提下，選擇更易加土的材料能夠大大降低加工難度。這項(xiàng)指標(biāo)也會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)生影響。 3)經(jīng)濟(jì)性 選材應(yīng)保證其整體成本最低。零件壽命、重量、研究費(fèi)、加工費(fèi)、維修費(fèi)都會(huì)涉及總體成本，材料價(jià)格的高低是選材重要的經(jīng)濟(jì) 性指標(biāo)。確保零件的使用、工藝性能基礎(chǔ)之上，降低材料價(jià)格，壓縮成本以增加經(jīng)濟(jì)效益更大化，提高市場(chǎng)上產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，是工程設(shè)計(jì)中一貫堅(jiān)持的重要原則。 第二章 機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 8 機(jī)械手上下料系統(tǒng)要求 按照工廠的實(shí)際生產(chǎn)要求，數(shù)控車削轉(zhuǎn)子的機(jī)械手上下料系統(tǒng)需要自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上料并且將加工完成的工件自動(dòng)取下來(lái)然后將加工好的工件放到傳送帶上完成輸送功能。因此機(jī)械手上下料系統(tǒng)需要具有自動(dòng)上下料功能、吹氣功能及其輸送功能等，其主要的設(shè)計(jì)要求如下： a) 實(shí)現(xiàn)從傳送帶取放工件到機(jī)床工作臺(tái)上取放工件的整個(gè)循環(huán)過程的自動(dòng)化； b) 機(jī)械手與工件輸送系統(tǒng)可為相互獨(dú)立的模 塊，可單獨(dú)使用亦可構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)； c) 系統(tǒng)動(dòng)作流程，穩(wěn)定可靠； d) 上下料的時(shí)候，轉(zhuǎn)子中心孔與機(jī)床芯軸的定位精度為 ~ mm； 機(jī)械手動(dòng)作要求 上下料動(dòng)作分析：根據(jù)生產(chǎn)線體的空間位置和操作臺(tái)的具體位置，然后再根據(jù)上下料和車床的加工工藝過程和具體的工序，確定機(jī)械手需要完成的具體動(dòng)作流程圖如下： 表 21機(jī)械手動(dòng)作 序號(hào) 動(dòng)作名稱 行程范圍 1 機(jī)械手下移 200mm 2 機(jī)械手 1夾緊 / 3 機(jī)械手上移 200mm 4 機(jī)械手左移 1000mm 5 機(jī)械手翻轉(zhuǎn) 90176。 6 機(jī)械手下移 200mm 7 機(jī)械手 2爪夾緊 / 8 車床的頂針退 / 9 車床的夾頭松開 / 10 機(jī)械手右移（少量） 6mm 11 機(jī)械手上移 200mm 12 機(jī)械手翻轉(zhuǎn) 90176。 13 機(jī)械手下移 200mm 14 機(jī)械手少量左移 6mm 15 車床頂針進(jìn) / 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 16 車床夾頭緊 / 17 機(jī)械手指松 / 18 機(jī)械手上移 200mm 19 機(jī)械手翻轉(zhuǎn) 90176。 20 機(jī) 械手右移 1000mm 21 機(jī)械手下移 200mm 22 機(jī)械手指松開 / 23 機(jī)械手上移 200mm 24 機(jī)械手翻轉(zhuǎn) 90176。 根據(jù)建立的空間坐標(biāo)系，分析整個(gè)過程基本有沿 z軸的上下移動(dòng)和 x軸的左右移動(dòng)，以及沿 y 軸的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) .根據(jù)任務(wù)書上得翻轉(zhuǎn)角度為 90 度，沿 x 軸移動(dòng)距離為 1000mm，沿 z軸上下移動(dòng)距離為 200mm，以及手爪的夾緊和松開過程。根據(jù)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的過程，完成具體動(dòng)作，選擇完成基本運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)件。 傳動(dòng)件和執(zhí)行元件的方案設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械手具體完成動(dòng)作，將機(jī)械手分成幾個(gè)重要過程，即： 工件的夾緊和松開過程，工件沿 y 軸翻轉(zhuǎn) 90 度過程，工件沿 Z 軸上下移動(dòng)過程和工件沿 x 軸的來(lái)回移動(dòng)過程。 下面就幾個(gè)過程分別設(shè)計(jì)其運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案： a）工件的夾緊和松開過程：根據(jù)任務(wù)書要求選擇用氣動(dòng)元件，又考慮到該過程不需要提供很大的動(dòng)力，僅需簡(jiǎn)單，方便的元件就可以完成，考慮到大部分氣動(dòng)元件都是氣缸，所以選擇用氣缸來(lái)提供動(dòng)力，再根據(jù)工件為直徑 30mm 的轉(zhuǎn)子，質(zhì)量為 ，需要完成對(duì)轉(zhuǎn)子的夾緊和松開兩個(gè)動(dòng)作，根據(jù)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》選擇用氣爪來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求！ b）工件沿 y軸翻轉(zhuǎn) 90度過程： 方案一：這個(gè)過程需要將機(jī)械 手翻轉(zhuǎn) 90 度，選擇轉(zhuǎn)動(dòng)的元件實(shí)現(xiàn)功能。轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力一般為電機(jī)，可以由電機(jī)提供動(dòng)力，電機(jī)軸直接帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn) 90 度。也可以在中間加一傳動(dòng)件，比如齒輪傳動(dòng)，由齒輪的齒數(shù)來(lái)控制其旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)目的要求。 方案二：動(dòng)力源仍舊選擇由氣壓提供，在氣缸的種類中找到能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣缸。擺動(dòng)氣缸就是其中的一種，所以選擇擺動(dòng)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)目的要求。 方案評(píng)估：該過程可以直接選擇由軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完成，也可以選擇用將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能，方案一的方法直接由電機(jī)提供回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)功能，第二章 機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 10 但是這里考慮到該過程只是一個(gè) 簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)精度和動(dòng)力要求都不高，并且方案一使機(jī)械手更加龐大，不利于后面的設(shè)計(jì)，所以從設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，選擇第二種方案。方案二由氣壓提供動(dòng)力，直接用氣缸就能實(shí)現(xiàn)功能，機(jī)械手不會(huì)變的龐大，氣動(dòng)本來(lái)就很便宜，這也節(jié)約了成本。氣缸的選擇同樣在氣缸的種類里面能夠找到合適的解決方案。選用氣缸提供動(dòng)力，根據(jù)《氣缸的工作原理及應(yīng)用入門》選擇回轉(zhuǎn)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)功能！ c）工件沿 Z軸上下移動(dòng)：動(dòng)力源由氣動(dòng)提供，根據(jù)《氣缸的工作原理及應(yīng)用入門》選擇雙軸氣缸實(shí)現(xiàn)工件的上下移動(dòng)！ d）工件沿 x軸的來(lái)回移動(dòng)：該運(yùn)動(dòng)過程是直線運(yùn)動(dòng)， 能夠直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的有很多方式，比如帶傳動(dòng)，或是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。也可以選擇有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變成之間運(yùn)動(dòng)的方式，比如齒輪齒條傳動(dòng)，或是絲桿的傳動(dòng)。由于需要在工件在安裝時(shí)保證良好的精度和定位要求，所以需要選擇高精度的傳動(dòng)原件，并且來(lái)回行程很長(zhǎng)，為了節(jié)約工件在傳送過程中的時(shí)間的不必要浪費(fèi)，所以選擇用私服電機(jī)提供動(dòng)力，滾珠絲桿傳動(dòng)保證精度和傳送速度！ 根據(jù)以上各部分傳動(dòng)選擇好的傳動(dòng)原件，將工件和傳動(dòng)原件用連接件連接起來(lái)就可以保證其運(yùn)動(dòng)方式，然后再對(duì)各部分進(jìn)行尺寸，形狀和精度的精確設(shè)計(jì)，即可完成對(duì)數(shù)控車床的上下料要 求！ 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第三章 各部分詳細(xì)設(shè)計(jì) 由于本次設(shè)計(jì)主要采用的是氣動(dòng)元件，在機(jī)械手設(shè)計(jì)的時(shí)候選擇的是氣缸。其實(shí)動(dòng)力源還有很多，比如液壓、電動(dòng)力馬達(dá)，之所以選擇氣動(dòng)，是 因?yàn)榇诵⌒蜋C(jī)械手中手爪的夾緊力和驅(qū)動(dòng)力都不是很大，氣壓傳動(dòng)完全可以滿足工作要求，加上氣壓傳動(dòng)有 能量?jī)?chǔ)存簡(jiǎn)單而且可以產(chǎn)生高速動(dòng)作；氣體容易壓縮，并且無(wú)污染，釋放后可以循環(huán)利用；生產(chǎn)成本價(jià)格低廉，體積小，重量輕，輸出質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，所以主要是對(duì)氣缸的選型計(jì)算 氣壓傳動(dòng)簡(jiǎn)介 氣壓傳動(dòng)技術(shù) (Pneumatics)是以壓縮空氣為介質(zhì)，對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行能 量傳遞及控制的一門技術(shù)，簡(jiǎn)稱為氣動(dòng)技術(shù)。氣動(dòng)技術(shù)近年發(fā)展迅速，其關(guān)鍵部分是氣動(dòng)元件。通過氣動(dòng)元件的不同組合，形成氣動(dòng)控制、傳動(dòng)系統(tǒng)。氣動(dòng)技術(shù)傳遞信號(hào)和能量的介質(zhì)主要是空氣，通過空氣壓縮產(chǎn)生的氣壓進(jìn)行控制的一門技術(shù)，主要是氣動(dòng)控制和氣壓傳動(dòng)兩部分內(nèi)容。氣動(dòng)技術(shù)突破原有理念，在汽車、機(jī)械、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域起到至關(guān)重要的作用，己廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的成套設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線上。 液壓與氣動(dòng)是兩種應(yīng)用廣泛的傳動(dòng)技術(shù)，兩者相對(duì)比，各有優(yōu)缺點(diǎn)。氣動(dòng)技術(shù)相對(duì)于液壓技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn) : ，成本低廉、 取用方便，使用安全性高，適用于易燃易爆等場(chǎng)合， ，空氣使用后可直接排放，不會(huì)造成二次污染，配件價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用更換成本較低。 ，勞動(dòng)者不需通過高端培訓(xùn)即可熟練掌握。 ，方便對(duì)現(xiàn)有機(jī)器進(jìn)行改裝。 ，以便應(yīng)急使用。 。能持續(xù)進(jìn)行工作，過載工作時(shí)能自動(dòng)減壓 (泄氣 )而停止工作，充氣加壓后可繼續(xù)工作，不會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響。 。 氣動(dòng)技術(shù)相對(duì)于液壓技術(shù)缺點(diǎn)如下 : ，除去其雜質(zhì)并進(jìn)行干燥。 ，穩(wěn)定性相對(duì)較差，不利于進(jìn)行精確的位置控制和速度控制 第三章 各部分詳細(xì)設(shè)計(jì) 12 。 ，延遲、失真情況明顯，不便用于需要高速、精確傳遞，信號(hào)傳送距離有限。 國(guó)外將氣動(dòng)稱為“廉價(jià)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)”。氣動(dòng)裝置在現(xiàn)今自動(dòng)化工業(yè)中地位十分重要。氣動(dòng)技術(shù)具有抗燃、無(wú)污染、原料易獲得等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)